(57)【要約】【課題】  ロボットハンドで把持した把持物体物体を、次の動作にスムーズに移るために片手での把持物体の持ち替え、すなわち把持物体の操りを行うことができるようにする。【解決手段】  ロボットハンドは、ベースと、前記ベースに装着された３本以上の指機構と、前記指機構を駆動する駆動部とを備えている。そして、前記指機構のうち少なくとも２本の指機構は、複数の関節部を有し、かつ指機構全体を回転させる回転部を有している回転指機構であり、他の少なくとも１本の指機構は、複数の関節部を有する補助指機構であり、前記回転指機構は、把持物体を把持しながら回転部を中心にして互いに反対方向に回転し、しかも、前記補助指機構は、回転指機構に把持された把持物体をサポートして、把持物体の把持状態を変更する。【選択図】図５
2005349491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、前記ベースに装着された３本以上の指機構と、前記指機構を駆動する駆動部とを備えているロボットハンドにおいて、
前記指機構のうち少なくとも２本の指機構は、複数の関節部を有し、かつ指機構全体を回転させる回転部を有している回転指機構であり、他の少なくとも１本の指機構は、前記回転指機構で把持された把持物体の把持状態を変更可能なように、複数の関節部を有する補助指機構であることを特徴とするロボットハンド。
【請求項２】
ベースと、前記ベースに装着された３本以上の指機構と、前記指機構を駆動する駆動部とを備えているロボットハンドにおいて、
前記指機構のうち少なくとも２本の指機構は、３つ以上の関節部を有し、かつ指機構全体を回転させる回転部を有している回転指機構であり、他の少なくとも１本の指機構は、２つ以上の関節部を有する補助指機構であることを特徴とするロボットハンド。
【請求項３】
上記少なくとも２本の回転指機構の回転部の回転軸は、略平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットハンド。
【請求項４】
前記駆動部は、前記各関節部と各回転部をそれぞれ駆動するための動力を発生する複数のアクチュエータと、アクチュエータで発生した動力を各関節部と各回転部に伝えるための動力伝達部を有し、前記アクチュエータはベース側に取り付けられている請求項１、２又は３に記載のロボットハンド。
【請求項５】
前記動力伝達部は、ワイヤーである請求項４に記載のロボットハンド。
【請求項６】
前記少なくとも２本の回転指機構において、前記回転指機構が有している３つ以上の関節部のうち１つは、把持物体の把持方向および反把持方向へ回転することができる請求項２〜５の何れかに記載のロボットハンド。
【請求項７】
前記回転指機構および補助指機構以外の指機構を有していることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のロボットハンド。
【請求項８】
１１自由度有している請求項１〜７の何れかに記載のロボットハンド。
【請求項９】
ベースに装着された３本以上の指機構を、駆動部で駆動することにより、前記指機構で把持された把持物体の把持状態を変更するロボットハンドにおける把持物体の把持状態変更方法であって、把持物体を把持する少なくとも２本の指機構は、それぞれが有している回転部を中心にして互いに反対方向に回転し、次に、他の少なくとも１本の指機構は、把持物体をサポートして把持物体の把持状態を変更することを特徴とするロボットハンドにおける把持物体の把持状態変更方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の指機構を有するロボットハンドおよびロボットハンドにおける把持物体の把持状態変更方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人の手と同様の構造を有するロボットハンドは、手のひらに相当するベースに複数の指機構が装着され、その各指機構は複数の関節部を介して複数のフレームを順次連結させて構成されている。そして各関節部を作動させるアクチュエータが、適宜の個所に設けられている。このようなロボットハンドとして、例えば特開２００１−２８７１８２号がある。このロボットハンドは、複数の指機構で物体の把持を行うだけでなく、力センサを搭載することで多様な把持物体の把持を実現することができるものである。
【０００３】
しかし、人は把持物体を単に把持するのではなく、把持した物体を使って何らかの行動をする等、ある目的を持って把持を行うのが普通である。ところが、把持したすぐ後の状態では、次の動作を行うには最適ではないのが一般的である。そのため人は、把持した物体を次の動作を行うために最適な状態に持ち替えるのである。両手を使って持ち替えることもあるが、比較的小さな把持物体は片手で何気なしに持ち替えることの方が多いし、その方が持ち替えやすい。例えば鉛筆で物を書くときなどは、まず鉛筆を取り上げ、次に文字を書きやすいように把持の状態を変える。この一連の動作は片方の手で完結されている。鉛筆を持ち替えずに、最初に把持したときの把持状態で文字を書くのは適切ではない。
【０００４】
このように、ロボットハンドの機能をより人に近づけるためには、物体を把持するのみではなく把持した物体を持ち替えるという機能も必要である。しかし従来のロボットハンドは、把持物体を把持することを目的としており、次の行動に移り易いように、把持した物体を片手で操って最適な把持状態にすることは非常に困難である。両手を使って持ち替えることも可能であるが、鉛筆などは両手を使って持ち替えるよりも片手で持ち替えた方が、文字などを書く把持状態に速くかつ適切に、鉛筆を操ることができる。
【０００５】
そこで、従来のロボットハンドで把持状態を変えるなどの物体を手の中で操るには、ロボットハンド自体の構成を複雑なものにして、ロボットハンドを人の手に近づけることが必要である。ロボットハンドの構成が複雑になりすぎても、制御が複雑になりすぎることや、組み立てやすさやメンテナンス性、信頼性なども悪くなる。
【特許文献１】特開２００１−２８７１８２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のロボットハンドでは、把持した把持物体を次の動作にスムーズに移るために片手での把持物体の持ち替え、すなわち把持物体の操りを行うことができない。また、従来のロボットハンドにおいて、人の手と同様な構成を実現するには、ロボットハンドの制御が複雑になり、組み立てやすさやメンテナンス性、信頼性なども悪くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するため、以下の様な構成とするものである。
【０００８】
本発明のロボットハンドは、ベースと、前記ベースに装着された３本以上の指機構と、前記指機構を駆動する駆動部とを備えて、前記指機構のうち少なくとも２本の指機構は、複数の関節部を有し、かつ指機構全体を回転させる回転部を有している回転指機構であり、他の少なくとも１本の指機構は、前記回転指機構で把持された把持物体の把持状態を変更可能なように、複数の関節部を有する補助指機構である。
【０００９】
本発明のロボットハンドにおいて、把持物体の把持状態を変更する際には、把持物体を把持した２本の回転指機構が、それぞれの回転部を中心にして反対方向に回転し、しかも、補助指機構は把持物体の把持状態の変更をサポートするため、把持物体を落下させることなく、所定の状態まで変更させることが可能となる。
【００１０】
しかも、少なくとも２本の回転指機構を回転部を中心にして回転し、他の指機構を補助指機構として使用するため、簡単な構造の片方のロボットハンドにより、把持物体の把持状態の変更が可能になる。
【００１１】
また、本発明のロボットハンドは、指機構のうち少なくとも２本の指機構が、３つ以上の関節部を有し、かつ指機構全体を回転させる回転部を有している回転指機構であり、他の少なくとも１本の指機構は、２つ以上の関節部を有する補助指機構である。
【００１２】
本発明のロボットハンドは、４自由度を有する２本の指機構と、２自由度を持つ１本の指機構により、ロボットハンド片手で把持物体の操りを容易かつ確実に行うことができる。
【００１３】
しかも、２本の回転指機構の回転部の回転軸は、略平行であるのが好ましい。かかる場合には、回転指機構を回転させた際に、把持物体を把持する両方の回転指機構の先端部の間隔を、一定に維持できるので、把持物体を落下することなく安定して把持できる。
【００１４】
また、前記駆動部は、前記各関節部と各回転部をそれぞれ駆動するための動力を発生する複数のアクチュエータと、アクチュエータで発生した動力を各関節部と各回転部に伝えるための動力伝達部を有し、前記アクチュエータはベース側に取り付けられているので、ロボットハンドの小型化を実現することができる。
【００１５】
さらに、前記動力伝達部は、ワイヤーであるのが好ましく、ロボットハンドの小型化および軽量化に寄与できる。
【００１６】
前記少なくとも２本の回転指機構において、前記回転指機構が有している３つ以上の関節部のうち１つは、把持物体の把持方向および反把持方向へ回転することができるのが好ましい。把持物体を把持する回転指機構の関節部が反把持方向へ回転すると、回転指機構と把持物体との接触面積を大きくでき、把持物体を確実に把持できる。
【００１７】
回転指機構および補助指機構以外の指機構を有している場合には、前記回転指機構および補助指機構に把持される把持物体とは別の把持物体を、この指機構で把持することができ、同時に２つの物体を把持することができ、そのうち一つを３本の回転指機構および補助指機構指で操ることが可能である。
【００１８】
本発明のロボットハンドは、１１自由度有しているのが好ましい。
【００１９】
本発明のロボットハンドにおける把持物体の把持状態変更方法は、ベースに装着された３本以上の指機構を、駆動部で駆動することにより、前記指機構で把持された把持物体の把持状態を変更するロボットハンドにおける把持物体の把持状態変更方法であって、把持物体を把持する少なくとも２本の指機構は、それぞれが有している回転部を中心にして互いに反対方向に回転し、しかも、他の少なくとも１本の指機構は、把持物体をサポートして把持物体の把持状態を変更することにある。
【００２０】
そして、かかるロボットハンドにおける把持物体の把持状態変更方法は、前記本発明のロボットハンドを使用して容易に実施することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、ロボットハンド片手で把持物体の操りを行うことができる。また構造が簡潔なので容易に組み立てられ、メンテナンス性も向上する。構成が複雑でない分、故障の原因も減り信頼性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
本発明におけるロボットハンドの概略図を図１に示す。図１（ａ）はロボットハンドを上側（手の甲側）から見た平面図、図１（ｂ）は一方の側面図、図２は下側（掌側）から見た裏面図である。ロボットハンドは、手のひらに相当するベース１と、ベース１に装着されている複数本（本実施の形態では５本）の指機構２、３、４、５、６と、各指機構２、３、４、５、６を駆動する駆動部とを備えている。駆動部は、アクチュエータとしての複数のモータと、各モータの駆動力を指機構２、３、４、５、６に伝達する動力伝達部としてのワイヤーとを備えている。
【００２４】
指機構２を駆動するモータは７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄからなり、モータ７ａ、７ｂ、７ｃは、一つのアングル１１で固定されている。指機構３を駆動するモータは８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからなり、モータ８ａ、８ｂ、８ｃは、一つのアングル１２で固定されている。指機構４を駆動するモータは9ａ、9ｂからなり、モータ9ａ、9ｂは、一つのアングル１３で固定されている。指機構５、６は回転軸１５で連結されており、指機構５、６を駆動するモータ１０は、アングル１４に固定されている。
【００２５】
指機構２について説明する。指機構２は、人の手の親指に相当し、３つの第１〜第３関節部１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、２つの第１および第２フレーム１７ａ、１７ｂと、１つの先端部１８とからなる。各関節部１６ａ、１６ｂ、１６ｃはそれぞれモータ７ａ、７ｂ、７ｃで駆動する。各関節部１６ａ、１６ｂ、１６ｃと各モータ７ａ、７ｂ、７ｃは、ワイヤー１９ａ、１９ｂ、１９ｃでそれぞれ連結されており、各モータが回転するとその回転がワイヤーで伝達されて各関節部が回転し、指機構２が屈伸動作を行う。なお、図ではロボットハンド内におけるワイヤー１９ａ、１９ｂ、１９ｃの詳細な配置は省略する。
【００２６】
例えばモータ７ａが回転すると、それがワイヤー１９ａで伝達されて基部の第１関節部１６ａが回転する。第１関節部１６ａが回転した場合、第１および第２フレーム１７ａ、１７ｂと先端部１８が、第１関節部１６ａを中心に回転する。例えばモータ７ｂが回転すると、それがワイヤー１９ｂで伝達されて中間の第２関節部１６ｂが回転する。第２関節部１６ｂが回転した場合、第２フレーム１７ｂおよび先端部１８が、第２関節部１６ｂを中心に回転する。例えばモータ７ｃが回転すると、それがワイヤー１９ｃで伝達されて先端の第３関節部１６ｃが回転する。第３関節部１６ｃが回転した場合、先端部１８が第３関節部１６ｃを中心に回転する。
【００２７】
また、指機構２の第１関節部１６ａ側は、ベース１に取り付けられた回転軸５６を有している。回転軸５６は前記関節部１６ａ、１６ｂ、１６ｃの回転中心線と略直交する方向に設けられ、指機構２全体はモータ７ｄによって回転軸５６を中心に回転する。具体的には、モータ７ｄが回転すると、その回転はギヤ２０ａ、２０ｂによって、ベース１に取り付けられたスクリュー２１に伝達され、スクリュー２１が回転する。スクリュー２１には直動―回転変換機２２が取り付けられており、直動―回転変換機２２にはめネジが形成されている。よってスクリュー２１が回転すると、直動―回転変換機２２はスクリュー２１に沿って直線的に往復移動する。直動―回転変換機２２の移動により、指機構２全体が回転軸５６を中心に回転するように、直動―回転変換機２２は指機構２に連結されている。指機構２の回転方向は、スクリュー２１の回転方向を変換することでコントロールできる。以上が指機構２の駆動であり、指機構２は関節部３つと回転部１つの計４自由度を有している。
【００２８】
次に、指機構３について説明する。指機構３は、人差し指に相当し、３つの第１〜第３関節部２３ａ、２３ｂ、２３ｃと、２つの第１および第２フレーム２４ａ、２４ｂと、１つの先端部２５とからなる。各関節部２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、それぞれモータ８ａ、８ｂ、８ｃで駆動する。各関節部２３ａ、２３ｂ、２３ｃと各モータ８ａ、８ｂ、８ｃは、それぞれワイヤー２６ａ、２６ｂ、２６ｃで連結されており、各モータ８ａ、８ｂ、８ｃが回転すると、その回転がワイヤーで伝達されて各関節部が回転し、指機構３が屈伸動作を行う。なお図ではロボットハンド内におけるワイヤーの詳細な配置は省略する。
【００２９】
例えばモータ８ａが回転すると、それがワイヤー２６ａで伝達されて基部の第１関節部２３ａが回転する。第１関節部２３ａが回転した場合、第１および第２フレーム２４ａ、２４ｂと先端部２５が、第１関節部２３ａを中心に回転する。例えばモータ８ｂが回転すると、それがワイヤー２６ｂで伝達されて中間の第２関節部２３ｂが回転する。第２関節部２３ｂが回転した場合、第２フレーム２４ｂおよび先端部２５が、第２関節部２３ｂを中心に回転する。例えばモータ８ｃが回転すると、それがワイヤー２６ｃで伝達されて先端の第３関節部２３ｃが回転する。第３関節部２３ｃが回転した場合、先端部２５が第３関節部２３ｃを中心に回転する。
【００３０】
また、指機構３の基部となる第１関節部２３ａ側は、ベース１に取り付けられた回転軸２７を有している。この回転軸２７は、各関節部２３ａ、２３ｂ、２３ｃの回転中心線と略直交する方向（前記指機構２の回転軸５６と平行）に設けられ、指機構３全体はモータ８ｄによって回転軸２７を中心に回転する。モータ８ｄが回転すると、ベース１に取り付けられたスクリュー２８が回転する。スクリュー２８には直動―回転変換機２９が取り付けられており、直動―回転変換機２９にはめネジが形成されている。よってスクリュー２８が回転すると、直動―回転変換機２９はスクリュー２８に沿って直線的に往復移動する。直動回転変換機２９の移動により、指機構３が回転軸２７を中心に回転するように、直動―回転変換機２９は指機構３に連結されている。指機構３の回転方向は、スクリュー２８の回転方向を変換することでコントロールできる。以上が指機構３の駆動であり、指機構２は関節部３つと回転部１つの計４自由度を有している。
【００３１】
次に指機構４について説明する。指機構４は、中指に相当し、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、３つの第１〜第３関節部３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、２つの第１および第２フレーム３１ａ、３１ｂと、１つの先端部３２とからなる。第１および第２関節部３０ａ、３０ｂは、それぞれモータ９ａ、９ｂで駆動する。第１および第２関節部３０ａ、３０ｂは、ワイヤー３３ａ、３３ｂでモータ９ａ、９ｂに連結されており、各モータが回転するとその回転がワイヤーで伝達されて各関節部が回転し、指機構４が屈伸動作を行う。なお図ではロボットハンド内におけるワイヤー３３ａ、３３ｂの詳細な配置は省略する。
【００３２】
例えばモータ９ａが回転すると、それがワイヤー３３ａで伝達されて基部の第１関節部３０ａが回転する。第１関節部３０ａが回転した場合、第１および第２フレーム３１ａ、３１ｂと先端部３２が、第１関節部３０ａを中心に回転する。例えばモータ９ｂが回転すると、それがワイヤー３３ｂで伝達されて中間の第２関節部３０ｂが回転する。第２関節部３０ｂが回転した場合、第２フレーム３１ｂおよび先端部３２が、第２関節部３０ｂを中心に回転する。
【００３３】
本実施形態のロボットハンドでは、第３関節部３０ｃは第２関節部３０ｂに連動して回転する。第３関節部３０ｃを第２関節部３０ｂに連動させるためには、例えば第２関節部３０ｂと第３関節部３０ｃとを連結棒やワイヤーなどで連結してやればよい。両方の関節部３０ｂ、３０ｃが連動している場合、第２関節部３０ｂが回転すると第３関節部３０ｃも回転する。第３関節部３０ｃが回転すると先端部３２が第３関節部３０ｃを中心に回転する。よって、モータ９ｂで第２関節部３０ｂを回転させると連動して第３関節部３０ｃも回転するので、図３（ｂ）のようにフレーム３１ｂ、先端部３２が第２関節部３０ｂを中心に回転しながら、先端部３２が第３関節部３０ｃを中心に回転する。以上が指機構４の駆動であり、指機構４は関節部２つが駆動する２自由度を有している。
【００３４】
次に指機構５、６について説明する。指機構５、６は図４（ａ）、（ｂ）に示すように、回転軸１５によって連結されている。この回転軸１５をモータ１０で回転させることによって指機構５、６は駆動して屈伸動作する。モータ１０からの動力はギヤによって回転軸１５によって伝達される。ギヤの詳細な構成は省略する。モータ１０が駆動すると指機構６は第１関節部４０ａが回転する。第１関節部４０ａが回転した場合、第１および第２フレーム４３、４４と先端部４６が、第１関節部４０ａを中心に回転する。また、第２関節部４０ｂは第１関節部４０ａに連動して回転する。よって指機構４と同様に第２フレーム４４および先端部４６が、第２関節部４０ｂを中心に回転する。
【００３５】
指機構５の駆動は指機構６と連結されており、先端部４５および第２フレーム４２は、第１フレーム４１に連動して回転するので指機構６と同じように駆動する。以上が指機構５、６の駆動であり、指機構５と６を合わせて１自由度を有している。
【００３６】
上記のようにして駆動するロボットハンドの自由度は合計１１自由度ある。また、各関節部、各回転部にはポテンショメーター（図示せず）が取り付けられており、各関節部、各回転部の回転を検出し、その値に基づいてロボットハンドの駆動を制御する。さらに各先端部１８、２５、３２、４５、４６には、物体を把持したとき、その指先にかかる力を検出するための力センサが取り付けられている。この力センサの値から把持の状態を検出し、把持の制御を行う。力センサは、把持する物体やその用途によって先端部だけではなく、各指機構のフレームに取り付けてもよい。
【００３７】
次に、上記のロボットハンドを使用して、把持物体を片方のハンドで操る、すなわち把持状態を変える方法を説明する。
【００３８】
図５（ａ）、（ｂ）に上記ロボットハンドを用いて、把持物体５１を操る様子を表した概略図を示す。同図（ａ）は把持物体５１を操る前の状態であり、また把持物体５１を把持した直後の状態でもある。同図（ｂ）は把持物体５１を操った後の状態で、これは次の動作のための把持状態でもある。なお、図５（ａ）、（ｂ）はロボットハンドの動作が明確になるように、各指機構の関節部、回転部、モータやワイヤーなどは省略している。
【００３９】
このような把持状態を変化させる例としては、チョークを取り上げて文字などを書くということが考えられる。この場合、図５（ａ）がチョーク（把持物体）５１を摘み上げた（把持した）直後で、図５（ｂ）がチョークで文字を書きやすいように持ち替えた後の把持状態である。他の例としては茶を点てる動作等が考えられ、この場合は把持物体５１が茶筅で、図５（ａ）が茶筅を取り上げた状態で、図５（ｂ）が茶を立てやすいように茶筅を持ち替えた状態である。さらに、把持物体５１がペンライトの場合、図５（ａ）がペンライトを取り上げた状態で、図５（ｂ）が照らしやすいようにペンライトを持ち替えた状態である。上記で示すように把持物体を片手で操る例はいろいろと挙げることができる。
【００４０】
例えば、指機構２、指機構３および指機構４を使用して把持物体５１を持ち替える場合について説明する。まず、これら３本の指機構２、３、４で把持物体５１を上下方向に把持する（図５（ａ）参照）。この状態からからには把持物体５１を倒すようにして把持状態を変化させる（図５（ｂ）参照）。ここで、指機構２および指機構３は、把持物体５１を主に把持する回転指機構に相当し、指機構４は補助指機構に相当する。
【００４１】
具体的には、指機構２を矢印Ａ方向（例えば上方向）に回転させ、指機構３を矢印Ｂ方向（例えば指機構２の回転と反対方向の下方向）に回転させながら把持物体５１をねじるようにして倒していく。把持物体５１を倒す際には、把持物体５１がロボットハンドから落下しないようにする必要があり、また2本の指機構２、３によって把持物体５１をねじるだけでは把持物体５１を図５（ｂ）のような状態にさせるのは難しい。
【００４２】
そこで、把持物体５１がロボットハンドから落下しないようにかつ、倒れていくのをサポートために指機構４を使用する。把持物体５１がロボットハンドから落下しないようにしながら、この指機構４が把持物体５１の下のほうを手前（ロボットハンド側）に引き寄せるようにする。そうすると容易にしかも素早く把持物体５１を寝かせることができる。把持物体５１が適切な状態になったときに把持物体５１の動きを停止させ、再び指機構２、３、４でしっかりと把持してやればよい。
【００４３】
上記で説明した把持状態変更方法をまとめると、図８のようになる。まず、指機構２、３を互いに反対方向に回転させる。そうすると把持物体５１がねじるように倒れていく。次に指機構４を駆動することで把持物体５１の動き、この場合は倒れであるが、それをコントロールする。適切な状態まで把持物体が動いたら、指機構２、３の回転駆動、指機構４の駆動を止める。最後に把持物体５１をしっかり掴むために、指機構２、３の関節部を駆動する。把持物体５１の把持状態変更が終了する。
【００４４】
上記のように指機構２、３を矢印Ａ、Ｂ方向にそれぞれ回転させるには、指機構２、３全体を、各回転軸５６、２７を中心にそれぞれ回転させればよい。指機構４は第１〜第３関節部３０ａ、３０ｂ、３０ｃを駆動さることで把持物体５１をコントロールする。また、指機構４で把持物体５１を倒す際に、把持物体５１の下部を押し出してやれば、また別の把持状態を作ることができる。なお、把持物体５１の下部を指機構４で押し出す場合には、指機構２、３の回転方向を前記とは反対にするのが好ましい。
【００４５】
把持物体５１を寝かすだけであれば、指機構２、３で把持している点を中心に指機構４で回転させてやればよいが、それでは例えば把持物体５１を90°以上寝かすことができず、把持物体５１を操って持ち替えた後の状態が限定されてしまう。また、図５に示すように、把持物体５１が円柱形状である場合、把持物体５１はどの方向を前に向けても同じであるが、このような物体はまれで、任意の方向を前に向けることができない。しかし、指機構２、３全体を各回転軸５６、２７中心に回転させて把持物体５１をねじりながらの方向を変えることができるので、任意の方向を前に向けることができ、持ち替えによってさまざまな把持状態を作ることができ、次の動作も多種多様に選択できる。
【００４６】
前記方法において、指機構２、３の関節部の駆動は具体的に説明していなが、それは把持物体５１の形状や大きさ、次の動作等により適宜変化する。そこで、指機構の関節部を把持物体や位置に合わせて駆動させてやる必要がある。関節部の制御は、各指機構の先端に取り付けてあるセンサの出力を参考にしてもよい。このときは、センサからの出力を演算することで、把持物体を持ち替えているときの把持状態を知り、把持物体を落とさないようにかつ適切な把持状態に変化するように、各関節部を回転部の駆動と共に制御してやればよい。またカメラなどを搭載して把持状態をモニターして把持状態を知ることもできる。このときは把持状態を画像から認識し、その情報に基づいて各指機構の関節部、回転部を制御してもよい。
【００４７】
把持物体を操るときや把持しているとき、把持物体がロボットハンドから落下することなく正確に固定されるには、指機構２、３の先端部１８、２５が面で把持物体５１に接触しているのが望ましい。そのためには、指機構３の場合、図６に示すように指機構３の先端部２５は、把持物体５１の把持方向および反把持方向（指機構の正負の両方向）に回転する必要がある。ここで、第２フレーム２４ｂに対して先端部２５が屈曲しない直線方向をＬとすると、この直線方向Ｌに対して掌側が把持方向の正側で、手の甲側を反把持方向の負側とする。仮に、指機構３の先端部２５が負の方向に回転しない場合、直線方向Ｌに対する角度αは０になり、把持物体５１に対して指機構が点で接触する。
【００４８】
そこで、この接触面積を大きくするために、先端部２５は甲側にも回転する必要がある。なお、指機構２においても同様であり、指機構２の場合には、指機構３とは反対方向に若干回転させるのが好ましい。これは把持物体５１を操る場合だけでなく、把持物体５１を把持するときにも必要な指機構の構成である。また、把持物体５１を細かくコントロールするためにも、先端部２５は独立して駆動することが望ましい。先端部２５を第２関節部２３ｂに連動させたり、先端部２５が固定されていて駆動しない状態であると、把持物体を操る際に、把持物体を細かくコントロールできずに把持物体を落下してしまったり、持ち替えによる把持状態が限定されてしまう等の問題が生じる。
【００４９】
本実施の形態では、先端部の駆動範囲を例示したが、先端部以外の関節部も前記のような駆動範囲を有していてもよい。しかし、先端部は把持物体と接触する機会が非常に多く把持物体の細かなコントロールが必要となってくるので、先端部は特に上記の駆動範囲を有しておくべきである。
【００５０】
本実施の形態ロボットハンドにおいて、指機構４は指機構２、３のような回転部は搭載されていない。より複雑な動作をさせるために、指機構４に指機構全体を回転させる回転部を搭載することも可能であるが、把持物体の操りをするための最低限の動作をさせるためには、特に必要はない。必要以上に自由度を増加しすぎて構成を複雑にすると、組み立て性やメンテナンス性などが難しくなる。さらに指機構４に回転部を搭載し、指機構４全体を回転させても、両隣に指機構３と指機構５があるので大きな回転範囲をとることができない。
【００５１】
また回転部を搭載する指機構としては、親指と人差し指に相当する指機構２、３が望ましい。本実施の形態では、把持物体を把持した状態で指機構を回転させて把持物体を操る。そのために把持物体をしっかり把持する必要がある。仮に、親指に相当する指機構２に回転部を搭載することなく、人差し指に相当する指機構３と中指に相当する指機構４に回転部を搭載した場合、指機構３と指機構４では把持物体を両方の指機構の間に挟むだけで、しっかりと把持することはできない。指機構２と指機構３であれば関節部の力を把持物体に十分加えることができるので、しっかり把持することができる。指機構２と指機構４に回転部を搭載することも考えられるが、指機構４は両隣に指機構３と指機構５あるので回転範囲を大きくとることができず、変更できる把持物体の把持状態が限定されてしまう。
【００５２】
また、本実施の形態では、指機構２、３の回転部を構成する回転軸５６、２７はベース１に略垂直に取り付けられ、かつ平行である。これに限定されず回転軸５６、２７は平行でなくでも、上記に示すような動作は可能である。特に、回転軸５６、２７を平行に設定した場合には、指機構の回転時に、両方の先端部１８、２５の間隔を一定に維持できるので、回転軸５６、２７が平行でない場合に比し、把持物体を落とすことなく安定して把持できる。さらにベース１の設置スペースを考えると、ベース１に垂直に取り付けているほうが小スペースで済みロボットハンドを小型化できる。
【００５３】
ロボットハンドには、指機構５、６が装着されているため、この指機構５、６により、前記指機構２，３，４で把持した把持物体５１とは別の把持物体５２を把持することができる。図７に２つの把持物体５１、５２を把持している例を示す。同図のように把持物体５１だけではなく、把持物体５２を指機構５、６で把持することができる。把持物体５２を把持しながら把持物体５１を操ることなども可能である。
【００５４】
本実施の形態のロボットハンドは、指機構５と、指機構６とは別々に装着されているが、指機構５と指機構６が連動し、かつ、駆動状態も同じであることから、これらを１本の指機構で構成することもできる。しかし、把持物体５２を指機構１本で把持するよりも２本で把持したほうが安定することや、ロボットハンド全体の指の数が４本よりも５本の方がより人間に近いことなどから、指機構５と指機構６は１本の指機構に統合するよりも、本発明のように２本に分離して装着したほうが望ましい。
【００５５】
上記ロボットハンドの各関節部を駆動するモータは、関節部に直結していない。もし各指機構の関節部にモータを直結させると、各指機構のフレーム内部にモータを配置することになりロボットハンドの小型化を実現することは難しくなる。また指機構が重くなり、そのコントロールに非常に大きなトルクが必要となるので消費電力の面からも望ましくない。そこで、本実施の形態は、小型化を実現し、かつ、消費電力を少なくできるように、モータをベース１側に設置し、各関節部とモータの間はワイヤーで連結してモータの動力を各関節部に伝達するようになっている。
【００５６】
各モータやポテンショメーター、先端部に搭載されている力センサを制御する制御回路はハンド側に搭載するのが望ましい。モータやポテンショメーター、力センサなどの配線を集めると、１００本近くにもなる。もし制御回路がハンド以外の場所、例えばロボットの胴部にあればそこまで配線を引き回す必要がある。そすると、組み立て性やロボットハンド取替えのメンテナンス性が非常に悪くなる。また配線が長くなると、断線する可能性も高くなるのでトラブルが起こる確立も高くなる。よって、配線を短くするために制御回路をハンドに搭載した方がよい。
【００５７】
図９（ａ）、（ｂ）に制御回路５５が搭載されたロボットハンドを示す。制御回路５５はロボットハンドの上側（手の甲側）に搭載されている。ロボットハンドの下側（掌側）は、指機構２、３の回転でモータ７ａ、７ｂ、７ｃ、８ａ、８ｂ、８ｃが回転軸５６、２７を中心にそれぞれ回転し動く。よって制御回路５５をロボットハンドの掌側に搭載するには、モータが動いても制御回路５５が接触して破損しないように、十分クリアランスを取る必要がある。そのため薄型のロボットハンドを実現することはできない。よってロボットハンドの上（手の甲側）に制御回路５５を搭載した方がよい。制御回路５５をロボットハンドの手の甲側に装着した場合、モータなどの機構部品が固定されたままなので、機構部品に制御回路５５を接触させても支障はない。さらにモータ間やモータを固定するアングルに凹部を作成しておいて、そこに背の高い回路部品が来るように設計すれば、制御回路５５を機構部品に密着させることができるので、更に薄型のロボットハンドを実現することができる。
【００５８】
本発明のロボッハンドは、前記実施の形態に限定されるものではない。指機構の駆動源としてモータを用いたがこれに限定されるものではない。例えば、形状記憶合金や、高分子アクチュエータも採用可能である。また、指機構の先端部に装着する力センサとして、力の大きさのみならず力が働く方向などが検出できるセンサを搭載してもよい。力の方向が検出できれば、把持物体が滑っているのか、また滑る方向も把握できるので、より安定した把持物体の把持と操りを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明におけるロボットハンドを示し、（ａ）はロボットハンドの平面図、（ｂ）はロボットハンドの一方の側面図。
【図２】同ロボットハンドの裏面図。
【図３】指機構４を示し、（ａ）は伸長した状態の側面図、（ｂ）は屈曲した状態の側面図。
【図４】本発明のロボットハンドの他方の側面図。
【図５】本発明のロボットハンドで把持物体を操る場合を示し、（ａ）は操り前の概略斜視図、（ｂ）は操り後の概略斜視図。
【図６】本発明におけるロボットハンドの指機構関節部動作を説明した概略図。
【図７】本発明のロボットハンドで把持物体を２つ同時に把持したときの概略斜視図。
【図８】本発明のロボットハンドでの把持状態変更方法の流れを示す図。
【図９】本発明のロボットハンドに制御回路を搭載した状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【符号の説明】
【００６０】
１  ベース
２、３、４、５、６  指機構
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  モータ（アクチュエータ）
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  モータ（アクチュエータ）
9ａ、9ｂ  モータ（アクチュエータ）
１０  モータ（アクチュエータ）
１６ａ  第１関節部
１６ｂ  第２関節部
１６ｃ  第３関節部
１７ａ  第１フレーム
１７ｂ  第２フレーム
１８、２５、３２、４５、４６  先端部
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ  ワイヤー（動力伝達部）
２３ａ  第１関節部
２３ｂ  第２関節部
２３ｃ  第３関節部
２４ａ  第１フレーム
２４ｂ  第２フレーム
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ  ワイヤー（動力伝達部）
２７  回転軸
３０ａ  第１関節部
３０ｂ  第２関節部
３０ｃ  第３関節部
３１ａ  第１フレーム
３１ｂ  第２フレーム
３３ａ、３３ｂ  ワイヤー（動力伝達部）
４０ａ  第１関節部
４０ｂ  第２関節部
４１  第１フレーム
４２  第２フレーム
４３  第１フレーム
４４  第２フレーム
５１、５２  把持物体
５５  制御回路
５６  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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